(2025年)材料成型技术基础试题答案

(2025年)材料成型技术基础试题答案一、选择题（每题2分，共20分）1.金属液态成型时，为了获得健全的铸件，工艺上应保证（）。A.顺序凝固B.同时凝固C.根据不同情况选择合适的凝固方式D.糊状凝固答案：C。顺序凝固有利于补缩，减少缩孔、缩松，但热应力大；同时凝固热应力小，但不利于补缩。应根据铸件的结构、合金特性等不同情况选择合适的凝固方式，故答案选C。2.自由锻件控制其高径比（H/D）为1.5-2.5的工序是（）。A.镦粗B.拔长C.冲孔D.弯曲答案：A。镦粗是使坯料高度减小、横截面积增大的锻造工序，为保证镦粗质量，常控制坯料的高径比H/D为1.5-2.5，故答案选A。3.以下哪种焊接方法属于压焊（）。A.手工电弧焊B.埋弧焊C.电阻焊D.气体保护焊答案：C。压焊是在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。电阻焊是利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热作为热源将焊件局部加热，同时加压进行焊接的方法，属于压焊；而手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊都属于熔焊方法，故答案选C。4.金属型铸造与砂型铸造相比，前者（）。A.铸件精度高，表面质量好B.铸件精度低，表面质量差C.铸件精度相同，表面质量好D.铸件精度相同，表面质量差答案：A。金属型铸造的铸型是用金属制成，可反复使用，铸件的精度和表面质量比砂型铸造高，故答案选A。5.锻造比是衡量锻造过程中金属变形程度的指标，拔长时锻造比Yb等于（）。A.坯料拔长前的横截面积/坯料拔长后的横截面积B.坯料拔长后的横截面积/坯料拔长前的横截面积C.坯料拔长前的长度/坯料拔长后的长度D.坯料拔长后的长度/坯料拔长前的长度答案：A。拔长时锻造比Yb定义为坯料拔长前的横截面积与坯料拔长后的横截面积之比，故答案选A。6.在焊接过程中，产生气孔的主要原因是（）。A.焊接速度过快B.焊接电流过大C.焊件表面有油污、铁锈等D.电弧过长答案：C。焊件表面有油污、铁锈等会产生大量气体，在焊接过程中这些气体来不及逸出就会形成气孔；焊接速度过快可能导致未熔合等缺陷；焊接电流过大可能导致焊缝烧穿等问题；电弧过长会使电弧不稳定等，但它们不是产生气孔的主要原因，故答案选C。7.以下哪种铸造方法最适合生产形状复杂、精度要求高的铝合金铸件（）。A.砂型铸造B.熔模铸造C.金属型铸造D.压力铸造答案：B。熔模铸造可以制作出形状非常复杂的铸件，且尺寸精度高、表面质量好，适合生产铝合金等各种合金的复杂、高精度铸件；砂型铸造精度相对较低；金属型铸造对于形状特别复杂的铸件成型有一定难度；压力铸造一般用于大批量生产中小型有色金属铸件，但对于一些复杂精细结构的成型不如熔模铸造，故答案选B。8.板料冲压时，落料和冲孔的模具结构（）。A.完全相同B.基本相同C.完全不同D.有部分不同答案：B。落料和冲孔都是利用模具使板料分离的冲压工序，模具的基本结构是相同的，都是由凸模、凹模等组成，但落料是冲下的部分为工件，冲孔是冲下的部分为废料，故答案选B。9.焊接接头中，热影响区中性能最差的区域是（）。A.熔合区B.过热区C.正火区D.部分相变区答案：A。熔合区是焊缝和母材的交界区，该区域成分和组织不均匀，强度、塑性和韧性都很低，是焊接接头中性能最差的区域；过热区晶粒粗大，性能也有所下降，但不如熔合区严重；正火区组织性能较好；部分相变区性能介于过热区和正火区之间，故答案选A。10.自由锻的基本工序不包括（）。A.镦粗B.拔长C.弯曲D.挤压答案：D。自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲等，挤压是一种压力加工方法，但不属于自由锻的基本工序，故答案选D。二、填空题（每空1分，共20分）1.铸造工艺图是在零件图的基础上，用各种工艺符号表示出铸造工艺方案等内容的图形。2.锻造时，金属的始锻温度是指开始锻造的温度，终锻温度是指停止锻造的温度。3.焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。4.砂型铸造中，型砂应具备的性能有强度、透气性、耐火性、退让性等。5.板料冲压的基本工序可分为分离工序和成型工序两大类。6.金属液态成型中，常见的缺陷有缩孔、缩松、气孔、夹渣等。7.自由锻的设备主要有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等。8.电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种类型。9.熔模铸造的工艺过程包括蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等。10.冲压模具按工序组合程度可分为单工序模、复合模和级进模三种。11.焊接热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。12.金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生。三、简答题（每题10分，共40分）1.简述砂型铸造中分型面的选择原则。答：砂型铸造中分型面的选择原则主要有以下几点：（1）应使模样能顺利从砂型中取出：分型面应选择在铸件的最大截面处，以便于起模，避免阻碍起模的结构，减少活块的使用。例如，对于具有圆柱外形的铸件，分型面通常选择在圆柱的轴线上，这样可以方便地将上、下砂型分开，取出模样。（2）尽量减少分型面的数量：分型面数量过多会增加砂型的制造难度和装配误差，导致铸件的尺寸精度降低。因此，应尽量选择单一的分型面，使砂型结构简单。比如一些形状较为规则的简单铸件，采用一个分型面即可完成造型。（3）尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面、加工基准面位于同一砂箱内：这样可以减少错箱等缺陷对加工精度的影响，保证铸件的加工质量。例如，对于箱体类零件，应将其主要的加工面和基准面放在同一砂箱中，避免在加工过程中因不同砂箱的相对位置偏差而导致加工误差。（4）应使型腔和主要型芯位于下砂箱：这样可以方便造型、下芯、合箱等操作，同时也能减少上砂箱的重量，降低合箱时压坏砂型的风险。如一些带有型芯的铸件，将型芯和大部分型腔置于下砂箱，可提高造型的稳定性和准确性。（5）考虑铸件的浇注位置：分型面的选择应与铸件的浇注位置相协调，有利于金属液的充型和排气。例如，对于一些薄壁铸件，应使薄壁部分处于下部，以保证金属液能够顺利填充型腔。2.分析自由锻和模锻的特点及应用范围。答：自由锻的特点及应用范围：特点：（1）灵活性大：自由锻不需要专用的模具，只需要简单的通用性工具，可锻造各种不同形状和尺寸的锻件，适用于单件、小批量生产以及大型锻件的生产。例如，对于一些大型的轴类、齿轮坯等锻件，采用自由锻可以满足不同规格的要求。（2）设备通用性强：自由锻设备如空气锤、蒸汽-空气锤、水压机等，具有广泛的适用性，可进行多种基本工序的操作，如镦粗、拔长、冲孔等。（3）锻件精度低：由于自由锻依靠人工操作控制锻件的形状和尺寸，所以锻件的精度相对较低，加工余量较大，生产效率也较低。（4）劳动强度大：自由锻过程中需要工人频繁地操作和控制坯料，劳动强度较大。应用范围：主要用于单件、小批量生产的大型锻件，如大型轴类、齿轮、水轮机主轴等，以及一些形状简单的中、小型锻件的试制和生产。模锻的特点及应用范围：特点：（1）锻件精度高：模锻是在专用模具的型腔内进行锻造，能够较精确地控制锻件的形状和尺寸，加工余量小，节约金属材料。例如，汽车发动机中的连杆等精密锻件，采用模锻可以获得较高的精度和表面质量。（2）生产效率高：模锻可以实现多件同时锻造或连续锻造，生产过程相对自动化程度较高，大大提高了生产效率。（3）模具成本高：制造模具需要较高的费用和较长的周期，所以只有在大批量生产时，才能降低每件锻件分摊的模具成本。（4）锻件形状受限：模具的制造受到一定的技术和工艺限制，对于一些形状过于复杂或特殊的锻件，模锻可能无法实现。应用范围：适用于大批量生产中、小型锻件，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等行业，如汽车的轮毂、航空发动机的叶片等。3.简述焊接应力与变形产生的原因及减小焊接应力与变形的措施。答：焊接应力与变形产生的原因：焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在焊接时，焊缝及其附近区域被加热到很高的温度，而远离焊缝的区域温度较低。高温区域的金属受热膨胀，但受到周围低温金属的限制，产生压应力；当冷却时，高温区域的金属收缩，又受到周围金属的阻碍，产生拉应力。这种不均匀的热胀冷缩就导致了焊接应力的产生。同时，由于焊接应力的作用，焊件会发生变形，如收缩变形、弯曲变形、扭曲变形等。减小焊接应力与变形的措施：（1）设计措施：-合理选择焊缝尺寸和形状：避免焊缝过于集中和交叉，减小焊缝的截面积，以减少焊接热输入和焊接应力。例如，在设计焊接结构时，应尽量采用较小的焊缝尺寸，同时保证焊缝的强度要求。-合理安排焊缝位置：使焊缝尽量对称分布，以减少焊接变形。例如，对于一些平板类焊接结构，将焊缝对称布置在板的中心线上，可以有效减小焊接后的弯曲变形。（2）工艺措施：-采用合理的焊接顺序：例如，对于长焊缝，可以采用分段退焊、跳焊等方法，使焊缝的热量分布更加均匀，减小焊接应力和变形。-预热：在焊接前对焊件进行预热，可以减小焊件各部分的温差，降低焊接应力。预热温度根据焊件的材质、厚度等因素确定。-焊后热处理：对于一些重要的焊接结构，焊后进行消除应力退火处理，可有效消除焊接应力。一般将焊件加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却。-刚性固定法：在焊接时，将焊件固定在刚性平台或夹具上，限制其变形，但这种方法会在焊件中产生较大的内应力，适用于塑性较好的材料。-反变形法：根据焊件的变形规律，在焊接前预先将焊件反向变形，以抵消焊接后的变形。例如，对于焊接后会产生角变形的焊件，在焊接前将焊件反向倾斜一定角度。4.比较铸造、锻造和焊接三种成型方法的优缺点。答：铸造的优缺点：优点：（1）可以制造形状复杂的零件：铸造能够成型各种内腔、外形复杂的零件，如发动机缸体、机床床身等，几乎不受零件形状的限制。（2）适应性广：可用于各种金属材料的成型，包括铸铁、铸钢、有色金属等，还可以生产不同尺寸和重量的铸件，从几克到几百吨的铸件都能制造。（3）成本较低：对于一些形状复杂、批量较大的零件，铸造的成本相对较低，因为铸造不需要复杂的加工设备和大量的切削加工。缺点：（1）铸件质量不稳定：由于铸造过程中涉及到液态金属的充型、凝固等复杂过程，容易产生缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，影响铸件的质量和性能。（2）力学性能较低：与锻造和焊接件相比，铸件的晶粒粗大，组织不够致密，因此其力学性能如强度、韧性等相对较低。（3）生产周期较长：铸造工艺包括造型、熔炼、浇注、清理等多个环节，生产周期相对较长。锻造的优缺点：优点：（1）力学性能好：通过锻造可以使金属的晶粒细化，组织更加致密，提高金属的力学性能，如强度、韧性和疲劳抗力等。因此，锻造件常用于承受重载和冲击载荷的重要零件，如汽车的曲轴、齿轮等。（2）节约材料：锻造可以使金属材料按照零件的形状和尺寸进行合理的变形，减少加工余量，节约金属材料。（3）生产效率较高：对于批量生产的锻件，采用模锻等先进工艺可以实现高效生产，提高生产效率。缺点：（1）设备投资大：锻造需要大型的锻造设备，如空气锤、水压机、模锻压力机等，设备投资和维护成本较高。（2）形状复杂程度受限：锻造过程中金属的流动受到模具和设备的限制，对于一些形状过于复杂的零件，锻造难以实现，需要采用其他成型方法进行辅助加工。（3）生产灵活性差：锻造模具的制造周期长、成本高，不适合单件、小批量生产。焊接的优缺点：优点：（1）连接性能好：焊接可以将不同形状、不同材质的金属零件牢固地连接在一起，形成一个整体结构，其连接强度可以接近或达到母材的强度。（2）结构设计灵活：焊接可以根据需要将多个零件连接成复杂的结构，大大提高了结构设计的灵活性，如桥梁、船舶等大型结构的制造。（3）生产效率高：对于一些大型结构的制造，焊接比铸造和锻造的生产周期短，生产效率高。例如，大型钢结构的制造可以采用焊接方法快速组装。缺点：（1）存在焊接缺陷：焊接过程中容易产生焊接缺陷，如裂纹、气孔、夹渣等，这些缺陷会影响焊接接头的质量和性能，需要进行严格的质量检测和控制。（2）焊接应力与变形：焊接过程中会产生焊接应力和变形，需要采取相应的措施进行消除和控制，否则会影响结构的尺寸精度和使用性能。（3）焊接质量受人为因素影响大：焊接质量在很大程度上取决于焊工的操作技术水平和经验，不同焊工的焊接质量可能存在较大差异。四、综合题（20分）现有一个形状复杂的铝合金零件，要求精度高、表面质量好，年产量为5000件，请选择合适的成型方法，并说明理由，同时简述该成型方法的工艺过程。答：合适的成型方法为熔模铸造。理由：（1）形状复杂适应性：熔模铸造能够制造出形状极为复杂的零件，对于该形状复杂的铝合金零件，熔模铸造可以精确地复制出零件的形状，不受其复杂程度的限制。（2）精度高：熔模铸造可以获得较高的尺寸精度，能满足零件精度高的要求，其尺寸公差等级可达IT11-IT14，表面粗糙度Ra可达12.5-1.6μm。（3）表面质量好：熔模铸造的铸件表面质量优良，不需要进行大量的后续加工就可以满足表面质量的要求。（4）批量生产适用性：年产量为5